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番外 · 题谱 · 2020 · P5

2020 USAMO 第 5 题

数论 · P2/P5 · 中段题

题面据 USAMO 可核档案整理;中文题意为本站自译,公式请以原始来源为准。

USAMO 2020 P5 number-theory

A finite set SS of points in the coordinate plane is called overdetermined if S2|S| \ge 2 and there exists a nonzero polynomial P(t)P(t), with real coefficients and of degree at most S2|S| - 2, satisfying P(x)=yP(x) = y for every point (x,y)S(x, y) \in S.

For each integer n2n \ge 2, find the largest integer kk (in terms of nn) such that there exists a set of nn distinct points that is not overdetermined, but has kk overdetermined subsets.

坐标平面中点的有限集 SS 被称为超定的,如果 S2|S| \ge 2 并且存在一个非零多项式 P(t)P(t),其系数为实数且次数最多为 S2|S| - 2,对于 S中的每个点中的每个点(x, y) 满足 P(x)=yP(x) = y

对于每个整数 n2n \ge 2,找到最大整数 kk(以 nn 表示),使得存在一组 nn 个不同点,这些点不是超定的,但具有 kk 超定子集。

提示 1

先看同余、整除、最大公因数和 p 进赋值。

提示 2

把整数条件转成同余方程、指数比较或下降过程。

提示 3

若要存在性,用构造;若要唯一性,用最小反例、无限下降或模限制。

完整解答

这页先给题面、题型和提示阶梯,完整证明留给读者逐步展开。2020 年 USAMO P5 可先归入数论:第一步把题设翻成对象、条件、目标三行;第二步沿提示寻找不变量、标准构型或关键变形;第三步补齐边界情形,并回到题目原要求核对。

这题适合先独立想一轮再打开提示。不要急着搜索完整解答,先问自己:题面里最硬的限制是哪一句?